德國近半數(shù)用電來自于光伏，受到了行業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，但也有專家認為，沒有綜合考慮發(fā)電負荷、用電負荷、電力交換等因素，就不能全面理解德國含高比例光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)運行特性。對此，本文進做了更進一步剖析。

上周一篇《6月9日德國光伏出力超過系統(tǒng)負荷50%背后的故事》一文，受到了行業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，但也有專家認為，沒有綜合考慮發(fā)電負荷、用電負荷、電力交換等因素，就不能全面理解德國含高比例光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)運行特性。為此，能源研究院有關(guān)專家對6月9日德國電力系統(tǒng)運行特點做了更進一步剖析，這對于我們更好地認識光伏、理解新能源發(fā)電或許有所幫助。

問題一：新能源裝機和發(fā)電量快速增長，未來是否不再需要那么多的常規(guī)電源？

回答一：否。在能源資源枯竭預(yù)期、環(huán)境保護、應(yīng)對氣候變化等客觀約束下，擺脫化石能源依賴成為人們對未來能源圖景的最美好愿望，但實現(xiàn)遠比愿望殘酷。由于光伏和風電受天氣條件影響，發(fā)電出力具有間歇性和不穩(wěn)定性，用專業(yè)術(shù)語講，就是容量可信度（capacity credit）很低。以德國為例，2014年第1-24周（2013年12月30日-2014年6月15日）德國各類型發(fā)電量構(gòu)成如圖1-1所示?？梢钥闯?，光伏電量在每一周里所占的比例差別非常大。尤其是在第四周（1月20-26日，如圖1-2），光伏最大瞬時出力僅為410萬千瓦，僅占光伏總裝機容量的11%。該周內(nèi)光伏發(fā)電量僅為8000萬千瓦時，相當于每天光伏滿負荷運行時間僅為18分鐘。在光伏、風電均不給力的情況下，需要煤電、氣電、核電等常規(guī)電源頂上。

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圖1-1 2014年1-24周德國發(fā)電量構(gòu)成

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圖1-2 2014年第四周德國各類型發(fā)電出力情況

回到6月9日，這一天，光照條件非常好，光伏發(fā)電從早上六點開始，從17萬千瓦快速攀升至中午13時的2300萬千瓦（注：如果算上自發(fā)自用部分，光伏發(fā)電出力應(yīng)該在2600萬千瓦左右），隨后逐步下降至20時的8萬千瓦。除了出力的變化之外，光伏給電力系統(tǒng)帶來的最大挑戰(zhàn)，正如德國柏林電網(wǎng)公司工程師廖宇先生所言，是夜幕降臨后的晚上。當夜間光伏出力為零，或者連續(xù)陰雨天時，電力系統(tǒng)要維持安全穩(wěn)定運行，滿足用電負荷需求，必須依靠能夠靈活響應(yīng)的常規(guī)電源。因此，新能源越來越多地進入電力系統(tǒng)之后，主要是發(fā)揮電量替代作用，而要滿足電力系統(tǒng)實時平衡要求，對常規(guī)電源的需求不僅不會大幅度減少，反而對其靈活性的要求越來越高。

問題二：新能源和分布式電源大多接入配電網(wǎng)，就地消納，對輸電網(wǎng)或者跨區(qū)域電網(wǎng)的需求會削弱嗎？

回答二：否。首先需要說明的是，分布式電源是一個相對概念，配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)也不存在嚴格的區(qū)分。目前，德國風電和光伏發(fā)電裝機總量約7000萬千瓦，其中約90%接入110千伏及以下電壓等級的配電網(wǎng)。這些新能源發(fā)電項目分布不均，在局部地區(qū)的特定時段（如日照條件非常好的中午），光伏發(fā)電出力有可能超過當?shù)赜秒娯摵?，此時配電網(wǎng)向輸電網(wǎng)反向送電，光伏電量通過輸電網(wǎng)輸送至其他地區(qū)甚至跨國消納。德國6月9日光伏發(fā)電運行特點也正好說明了這一特點。6月9日德國發(fā)電、用電及進出口情況如圖2-1所示。

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圖2-1 6月9日德國發(fā)電、用電及進出口情況

從圖2-1可以看出，6月9日中午光伏出力非常大，至中午13時光伏出力達到最高值，約2300萬千瓦。從上午8點到下午18點，其他電源，包括常規(guī)電源（火電、核電、水電）、風電、生物質(zhì)發(fā)電的出力，并沒有發(fā)生很大波動，變化較大的是出口電力，這一點值得關(guān)注。我們發(fā)現(xiàn)，9日全天德國均處于電力凈出口狀態(tài)，而從早上6時開始，出口電力逐漸增大，至中午13時凈出口電力達到最大值，約1253萬千瓦。隨后凈出口電力逐漸減少，至晚上18時降至302萬千瓦。凈出口電力的增加與減少，與光伏出力曲線高度吻合。換言之，光伏大發(fā)的同時，伴隨著出口電力的增加，德國光伏消納依托了歐洲大電網(wǎng)。

眾所周知，德國電網(wǎng)處于歐洲大陸互聯(lián)電網(wǎng)樞紐位置，也是歐洲輸電運營商聯(lián)盟（ENTSO-E）的重要成員之一。德國與歐洲其他國家通過30條跨國聯(lián)絡(luò)線實現(xiàn)互聯(lián)。通過1條220kV以下線路、2條220kV線路、3條380kV線路與丹麥互聯(lián)；通過2條220kV線路、4條380kV線路與法國互聯(lián)；通過8條220kV線路與盧森堡互聯(lián)；通過5條380kV聯(lián)絡(luò)線與荷蘭互聯(lián)；通過1條220kV以下線路、2條220kV線路、2條380kV線路與波蘭互聯(lián)；通過1條380kV線路與瑞典互聯(lián)；通過20條220kV以下線路、11條220kV、3條380kV聯(lián)絡(luò)線與奧地利互聯(lián)；通過2條220kV以下線路、通過5條220kV線路、7條380kV聯(lián)絡(luò)線與瑞士互聯(lián)；通過4條380kV聯(lián)絡(luò)線與捷克互聯(lián)。6月9日13時德國與周邊國家電力進出口情況如圖2-2所示。

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圖2-2 6月9日13時德國與周邊國家電力進出口情況

可以看出，德國光伏出力最大時，大量向荷蘭、丹麥、法國、捷克、奧地利、瑞士出口電力。這一點不難理解，德國與周邊國家通過萊比錫電力市場進行交易。當?shù)聡形绻夥蟀l(fā)之時，電力系統(tǒng)供應(yīng)充足，電力市場價格大幅下跌，周邊國家可以按照非常便宜的價格從德國進口電力。以此，光伏電量是消納了，爭議和問題也就產(chǎn)生了。德國光伏是得到高額政策補貼的，大量電量出口德國也就意味著德國將昂貴的光伏電量廉價賣給了周邊國家【注：2012年全年有56個小時的交易電價為負】，國內(nèi)光伏補貼也就隨之流出國外。但筆者認為，盡管光伏發(fā)電與出口電量存在明顯的正相關(guān)性，但光伏上網(wǎng)之后就無法分辨出是光伏電還是煤電，所以，將出口電量視為光伏電量，似乎也有不妥。此為后話，這里暫且不論。[!--empirenews.page--]

問題三：德國電力系統(tǒng)已經(jīng)相對成熟完善，未來電力需求增長有限，將來電力系統(tǒng)主要是更新替代退役設(shè)備，電力投資需求不會有特別大的增加？

回答三：否。作為發(fā)達國家，德國未來電力系統(tǒng)仍然有非常大的投資需求。主要包括兩個方面：一是電源投資需求仍然很大。正如前面分析的那樣，由于光伏等新能源發(fā)電具有不確定性，為了保證新能源發(fā)電幾乎為零的極端條件下，也能滿足用電需求，必須要有充足的常規(guī)電源作為備用，也就是說未來裝機裕度會越來越大。常規(guī)電源的投資需求仍然存在。二是電網(wǎng)投資需求仍然很大。新能源的大規(guī)模發(fā)展，不僅國內(nèi)配電網(wǎng)要進行相應(yīng)的改擴建，輸電網(wǎng)也需要擴容建設(shè)。此外，跨國互聯(lián)電網(wǎng)也是未來德國電網(wǎng)建設(shè)的重點領(lǐng)域之一，以便充分利用歐洲大系統(tǒng)資源，提高本國新能源開發(fā)比重。

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圖3-1 德國規(guī)劃建設(shè)的三條南北走向高壓輸電通道示意圖

根據(jù)有關(guān)研究，到2024年，德國需要新建2100公里直流線路和1500公里的交流線路，并對4900公里的現(xiàn)有交流線路進行優(yōu)化加強，預(yù)計總投資約220億歐元。德國規(guī)劃建設(shè)的三條南北走向高壓輸電通道示意圖。國際能源署（IEA）研究表明，未來能源、電力及電網(wǎng)投資不僅要發(fā)揮市場資源優(yōu)化配置功能，更重要的是需要政府發(fā)揮引導(dǎo)作用，制定出吸引投資的政策機制框架。